Carlos Aparecido Ferreira - Leonardo Energy...E393 Eletrobras Motor Elétrico Premium / Carlos Aparecido Ferreira (Coordenador). – Rio de Janeiro: Eletrobras, 2016. 64 p. : il. ;

Carlos Aparecido Ferreira

Motor ElétriCo Premium

2016

Centrais Elétricas Brasileiras S.A. - Eletrobras

1ª Edição - rio de Janeiro

E393

Eletrobras

Motor Elétrico Premium / Carlos Aparecido Ferreira (Coordenador). – Rio de Janeiro: Eletrobras, 2016.

64 p. : il. ; 26,5 cm.

ISBN 978-85-87083-54-8

1. Eficiência energética. 2. Sistemas motrizes. 3. Motor elétrico. I. Ferreira, Carlos Aparecido, coordenador.

II. Título.

CDD 621.46

Motor ElétriCo Premium

A versão inicial deste guia foi elaborada pelo Centro de Pesquisas de Energia Elétrica – Eletrobras Cepel, em 1998, para auxiliar o usuário de motores elétricos a entender melhor o motor de indução de alto rendimento (classe IR2), selecionar o me-lhor motor para sua aplicação e operá-lo de forma a maximizar sua eficiência, confiabilidade e vida útil. Com o aumento dos rendimentos previstos na revisão de 2013 da norma ABNT NBR 17094-1, na qual são apresentados os motores premium (classe IR3) pela primeira vez em seu texto e, principal-mente, pela necessidade de aumentar o patamar de eficiência energética dos motores elétricos bra-sileiros, seguindo uma tendência internacional, o guia foi revisado e aperfeiçoado, no âmbito de uma parceria entre as Centrais Elétricas Brasileiras S.A. - Eletrobras e o International Copper Association - ICA. Este guia utiliza um linguajar e formato não acadêmico, com a máxima simplicidade e objetivi-dade, de forma a disseminar as informações sobre os motores premium para o máximo de usuários possível.

Comentários ou dúvidas sobre as informações contidas neste guia podem ser dirigidas para [email protected]

As informações contidas neste guia foram cui-dadosamente preparadas, mas a Eletrobras e o ICA, pela diversidade e complexidade das instalações, não se responsabilizam por qualquer tipo de dano como consequência do uso de tais informações.

Cabe ainda destacar que, este guia foi escrito com base na última versão da norma ABNT NBR 17094-1, disponível para a sociedade na data da sua publicação. Cabe aos usuários e fabricantes de motores elétricos se manterem atualizados com as revisões e modificações. As citações da referida norma, sempre devem ser conferidas com a última revisão da mesma, não tendo este guia o objetivo de substituí-la. So

bre

o G

uia

mailto:[email protected]

O motor elétrico é o mais importante uso final de energia elétrica no país, tendo grande participa-ção no setor industrial. No Brasil, a quantidade de energia que eles processam é de aproximadamente 60% da energia elétrica total consumida no país. Diante disto, qualquer iniciativa que se desenvol-va para aumentar o rendimento destes equipa-mentos, trará benefícios ambientais, energéticos e, principalmente, redução de custos, com aumento da competitividade.

Há mais de duas décadas que os fabricantes de motores vêm desenvolvendo esforços para a re-dução das perdas destes equipamentos. Até 2010, eram fabricados motores classificados como stan-dard ou IR1 (motores da linha padrão ou conven-cional) e motores classificados como de alto ren-dimento ou IR2. Posteriormente a 2010 (de acordo com a Portaria Interministerial 553 de 2005), so-mente motores elétricos com eficiências iguais ou superiores aos de alto rendimento (IR2), sob as especificações regulamentadas, podem ser fabrica-dos, comercializados e importados no Brasil.

Por outro lado, a revisão da normalização bra-sileira para motores elétricos de 2013 (ABNT NBR 17094-1) já prevê, pela primeira vez em seu texto, motores com rendimentos superiores aos de alto rendimento (classe IR2), que seriam os motores da classe IR3 ou rendimento premium. Vários fa-bricantes já produzem motores elétricos com esta classe (ou até superior), seguindo uma tendência internacional.

A redução das perdas, com o consequente au-mento da eficiência, é obtida através de mudanças In

trod

uçã

o

no projeto, utilização de processos de fabricação mais complexos e modificações em materiais utili-zados, implicando evidentemente em aumento dos custos de fabricação. Assim, motores da classe IR3 ou premium são mais caros comparados aos mo-tores da classe IR2. Na média são 25% mais caros atualmente, com tendência de diminuição com o aumento da escala nos próximos anos. No entanto, por serem mais eficientes gastam menos energia para a mesma aplicação. Logo, este custo (ou inves-timento) adicional de aquisição é retornado pelo menor custo operacional, cabendo destacar que motores elétricos têm uma elevada relação entre estes dois custos.

Como exemplo, um motor que tem um custo de R$10.800,00 pode ter um custo operacional de aproximadamente R$ 1.560.000,00, consideran-do uma vida útil de 12 anos, como será mostrado neste guia. Cabendo destacar, que segundo a As-sociação Brasileira de Manutenção, a idade média dos equipamentos/instalações das empresas brasi-leiras é de 17 anos. Em resumo, o uso de motores com maiores rendimentos deve ser considerado na tomada de decisão sobre a compra, analisando-se também os custos de operação e não apenas o cus-to inicial de aquisição. Como será mostrado neste guia, um mês de operação de um motor elétrico pode ser o suficiente para igualar os custos de ope-ração e de aquisição. Cabe destacar por fim que, após o retorno do investimento com a aquisição do motor premium, os ganhos financeiros obtidos com a economia de energia elétrica são convertidos di-retamente em lucro para o usuário, aumentando sua competitividade.

Res

um

oVantagens do Motor da Classe IR3 ou Premium

As principais vantagens, quando compa-rados com os motores da linha alto rendi-mento (IR2) são:

y Reduzem o consumo e a demanda de ener-gia elétrica (acarretando em redução de custos);

y Menores temperaturas de operação, acar-retando em maior confiabilidade e vida útil, com menores custos com manutenção e postergação de investimentos nas trocas;

y Rendimentos permanecem superiores para baixas cargas;

y Minimizam os efeitos dos baixos rendi-mentos encontrados em motores super-dimensionados (em situações que não se possa redimensioná-los).

Não Esquecer do Premium

y Para as novas plantas industriais, comer-ciais, dentre outras;

y Para a maioria das expansões ou alterações (em sistemas e processos) das plantas exis-tentes;

y Para a compra de novos equipamentos que contêm motores elétricos;

y Quando trocar o motor usado; y Quando comprar motor para estoque; y Para trocar motores superdimensionados

que operam com baixo rendimento; y Antes de recondicionar um motor danifica-

do. O investimento ao adquirir um motor premium comparado ao de recuperar o da-nificado, poderá retornar em poucos meses graças à redução do consumo (e demanda) de energia elétrica;

y Como parte de programas de gerenciamen-to de energia, como a ISO 50.001;

y Para obter vantagens em descontos espe-ciais, quando incentivados pelos fabrican-tes e/ou programas de eficiência energética.

Índ

ice

Por QUE UtiliZAr Motor Premium? .............................. 15A Importância dos Motores Elétricos nos Sistemas Motrizes ..................................................... 16

O que é um Motor Premium? ......................................... 19

Normalização, Regulamentação e Selo Procel .......... 20

Motores Premium (IR3) x Alto Rendimento (IR2) x Padrão (IR1) ...................................................................... 25

Perdas do Motor ............................................................... 26Perdas nos Núcleos ................................................................ 26Perdas Mecânicas ................................................................... 26Perdas por Efeito Joule no Estator ....................................... 27Perdas por Efeito Joule no Rotor .......................................... 27Perdas Suplementares ........................................................... 28

Características dos Motores Premium ...........................29

Benefícios Econômicos do Motor Premium ..................30Economia de Energia e Financeira ao Escolher um Motor Premium .............................................30Tempo de Retorno do Investimento ................................... 31Custo de Operação dos Motores Elétricos Durante sua Vida Útil ............................................................. 34Custo de Operação Mensal dos Motores Elétricos .......... 36

Motores Elétricos com Maiores Eficiências ............... 37

ConSidErAçõES QUAndo CoMPrAr Motor Premium ............. 39Especificação .................................................................... 40

Dimensionamento do Motor ......................................... 42

Rendimento ....................................................................... 43

Fator de Potência .............................................................. 44

Fator de Serviço ................................................................ 45

Características de Aceleração ....................................... 46

Características da Rede de Alimentação .................... 48

Características Construtivas ......................................... 48

CoMo oPErAr Motor Premium .................................. 51Dicas para Prolongar a Vida Útil do Motor .................. 52

Os Cuidados na Limpeza do Motor ............................... 52

A Lubrificação do Rolamento e do Mancal ................. 53

Vibração ............................................................................. 53

Regime de Partidas do Motor ........................................ 53

Sistema de Proteção ........................................................ 54

Locais para Instalação de Motores ............................... 54

Influência da Rede Elétrica na Operação do Motor ..... 54

Variação da Amplitude da Tensão ................................ 55

Desequilíbrio da Rede Elétrica ....................................... 56

Harmônicos ....................................................................... 58

O que Fazer Quando o Motor Danificar? ..................... 60

Bibliografia ......................................................... 63

Anexo A ............................................................... 64

Expediente .......................................................... 66

POR QUE UTILIZAR MOTOR

PREMIUM?

16 Motor Premium

A Importância dos Motores Elétricos nos Sistemas Motrizes

As participações dos diversos setores no consu-mo de energia elétrica no Brasil em 2015 são apre-sentadas na Figura 1. Percebe-se que o setor indus-trial apresenta maior importância quantitativa com relação à energia elétrica.

Figura 1 – Participações Seto-

riais no Consumo de Energia

Elétrica no Brasil em 2015

Figura 2 - Usos Finais de Energia Elétrica no Setor Industrial

Por outro lado, no setor industrial, a distribuição do consumo de energia elétrica por usos finais é apresentada na Figura 2.

Industrial

Residencial

Comercial

Outros

36,5%

28,0%

19,5%

16,0%

Fonte: EPE, 2016

Out

ros

Cal

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e Pr

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Ilum

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ão

Ref

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o

Elet

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a M

otri

z

1%2%

3%6%

10%

16%

62%

Fonte: BEU/MME, 2005

17 Motor Premium

tabela 1: Participação de Sistemas Motrizes * no Consumo de Energia Elétrica Brasileiro de Acordo com o BEU 2005

industrial Comercial residencial Público transporte Agropecuário Energético Brasil

68% 48% 35% 46% 100% 95% 93% 58%

(*) Incluindo refrigeração e ar condicionado

O motor elétrico é um conversor de energia elétrica em energia mecânica com baixas perdas quando opera em condições nominais e é especifi-cado e operado corretamente, passando por manu-tenções recomendadas (condições frequentemente não observadas na prática). Sendo assim, seu real consumo refere-se às suas perdas internas, com a maior parte da energia elétrica sendo convertida para acionar a carga mecânica. Logo, em análises de eficiência energética, constata-se a necessidade de avaliar todo o sistema motriz (e não somente o motor elétrico), que abrange a instalação elétrica (dispositivos e aparelhos para MPCC – Medição, Proteção, Comando e Controle), os motores elétri-cos, a transmissão mecânica, as cargas acionadas (bombas, compressores, ventiladores etc.), a insta-lação mecânica e o uso final da energia mecânica. Cada componente do sistema motriz possui suas próprias perdas, como pode ser visto na Figura 3. Cabe destacar que existem sistemas motrizes elé-tricos (acionados por motores elétricos) e sistemas motrizes térmicos (acionados por turbinas a vapor e motores de combustão interna).

Os principais sistemas motrizes encontrados nas indústrias são sistemas de bombeamento, sistemas de ventilação / exaustão e sistemas de ar comprimido, normalmente pertencentes às utilidades (de acordo com o jargão industrial) e não aos processos.

Dentro do setor industrial, onde há o maior con-sumo de energia elétrica no Brasil (36,5%), o uso final “Força Motriz” (ou Sistemas Motrizes), corres-ponde ao maior percentual: 62% ou 68% (incluindo refrigeração). Isto significa que os sistemas motri-zes, utilizados pelo setor industrial, são responsá-veis por aproximadamente 25% do consumo de energia elétrica do país.

Numa visão mais geral, na Tabela 1, apresen-tam-se as participações dos sistemas motrizes nos diversos setores da economia, além do indus-trial. Como pode ser observado, 58% do consumo de energia elétrica no Brasil se refere aos sistemas motrizes. Cabe apresentar na sequência, uma aná-lise sobre o conceito de sistemas motrizes.

18 Motor Premium

0,93 < η < 0,97

0,60 < η < 0,94

0,90 < η < 0,99

0,30 < η < 0,90

0,60 < η < 0,90

0,30 < η < 0,90

Cadeia deIneficiências

MPCC

APLICAÇÃOFINAL

MOTOR

TRANSMISSÃO

MÁQUINA

TUBULAÇÕES

Figura 3 - Rendimentos dos Componentes do Sistema Motriz (referência 3).

Por outro lado, destaca-se a importância de se trabalhar com o motor elétrico (mas não somen-te com ele), considerando que são componentes comuns a todos os sistemas motrizes elétricos (bombeamento, ar comprimido, ventiladores, exaustores, transporte de cargas, processos etc.), em conjunto com os aparelhos e dispositivos para MPCC e a transmissão mecânica.

Além disso, no setor industrial, é muito comum o uso de motores sobredimensionados, o que faz com que os níveis de eficiência energética sejam menores, como será apresentado adiante. Sem con-tar o fato de que, segundo a Associação Brasileira de Manutenção, a idade média de equipamentos / instalações nas empresas brasileiras é de 17 anos (vide referência 5). Assim, mesmo que os motores estejam operando em condições nominais, estes apresentam patamares de eficiência energética menores, comparados aos existentes hoje no mer-cado, mesmo que ainda atendam aos valores de placa, sem contar as perdas de rendimento durante sua vida útil.

Adicionalmente, o custo de operação dos moto-res elétricos (considerando apenas a energia elé-trica) é muito superior ao seu custo de aquisição (preço do motor elétrico). Para uma determinada situação analisada, apresentada adiante, referen-te a um motor de alto rendimento (IR2), o custo de operação foi de aproximadamente 140 vezes o seu custo de aquisição. Assim, ao decidir que motor elé-

19 Motor Premium

trico comprar, é necessário efetuar análise conside-rando o custo de operação do motor elétrico duran-te sua vida útil e não apenas o custo de aquisição do motor elétrico.

Destaca-se, todavia, que é recomendável que an-tes de se analisar o motor elétrico e eventual ne-cessidade de substituição deste equipamento, seja analisada a parte mecânica do sistema motriz, ou seja, os elementos a jusante do motor elétrico.

Sistemas motrizes otimizados com motores elé-tricos de indução premium, especificados e opera-dos adequadamente, trarão benefícios imediatos aos usuários e a toda sociedade brasileira, na me-dida em que para os primeiros, reduzir-se-ão os custos da produção, ressaltando-se que a economia de energia elétrica será convertida diretamente em lucro, posteriormente ao tempo de retorno de investimento, acarretando em aumento de com-petitividade. Para o país, haverá uma considerável economia de energia, postergando investimentos no setor elétrico, trazendo benefícios ambientais.

Voltando à Tabela 1, cabe destacar que os mo-tores elétricos utilizados nos diversos setores são de naturezas variadas (corrente contínua, univer-sais, síncronos, de indução etc.). Por outro lado, os motores de indução (trifásicos e monofásicos) respondem por mais de 95% do total de motores instalados nos setores industrial, rural, comercial e residencial. Além disso, são responsáveis por apro-ximadamente 75% do total da potência instalada do universo de todos os motores, de acordo com a referência bibliográfica 3.

O que é um Motor Premium? O motor premium (classe ou índice de rendi-

mento IR3) possui perdas reduzidas comparadas com o motor padrão (IR1) e de alto rendimento (IR2) e, consequentemente, rendimento superior. Isto é possível devido a mudanças no projeto, ma-teriais e processos de fabricação mais sofisticados.

O rendimento é a relação entre a potência mecâ-nica desenvolvida no eixo do motor e a potência elé-trica ativa que ele consome da rede de alimentação.

Sua expressão pode ser escrita, em valores per-centuais, como:

20 Motor Premium

η (%) 100x Potência elétrica (kW)

Potência mecânica (kW) =

ou por

η (%) =Potência de saída

Potência de entrada x 100

Ao considerarmos que Potência de entrada = Potência de saída + Perdaso rendimento pode ser expresso como:

η(%) = ×Potência de entrada - Perdas

Potência de entrada 100

Normalização, Regulamentação e Selo Procel

A normalização brasileira sempre esteve um passo a frente com relação aos níveis de eficiência energética praticados e exigências governamen-tais. A antiga ABNT NBR 7094:1996, já apresenta-va rendimentos mínimos para motores de indução trifásicos de alto rendimento (IR2), com as seguin-tes características: regime tipo S1, uma velocidade, categorias N e H, grau de proteção IP44, IP54 ou IP55, de potência nominal igual ou superior a 0,75 kW (1 cv) até 150 kW (200 cv), 2, 4, 6 ou 8 polos, 60 Hz, tensão nominal igual ou inferior a 600 V, qual-quer forma construtiva.

Na revisão do ano de 2000 da norma ABNT NBR 7094:1996, são incluídos os valores de rendimentos mínimos para motores de indução trifásicos da linha padrão. Além disso, são elevados os valores mínimos dos rendimentos dos motores de alto rendimento (IR2). Adicionalmente foi elevada a faixa de motores normalizados: até 180 kW (250 cv), com as mesmas características apresentadas anteriormente.

No ano de 2003, foi feita uma revisão da versão da norma do ano de 2000, novamente aumentan-do (de uma maneira geral) os valores mínimos dos rendimentos dos motores da linha padrão (IR1) e de alto rendimento (IR2). Estes novos valores passa-ram a estar de acordo com o decreto nº 4.508/2002 da presidência da república que dispunha sobre a regulamentação dos níveis mínimos de eficiência energética dos motores elétricos (primeiros equi-pamentos a serem regulamentados no Brasil), com as especificações apresentadas anteriormente.

21 Motor Premium

Cabe destacar que, desde 2010, somente moto-res elétricos com rendimentos mínimos da classe IR2 (alto rendimento) podem ser fabricados, comer-cializados e importados no Brasil, de acordo com a portaria interministerial nº 553 de 2005, ou seja, os motores da classe IR1 (padrão) foram retirados do mercado ofertante destes equipamentos. Também deve ser destacado que os motores elétricos foram os primeiros equipamentos a terem plano de me-tas de aumento de sua eficiência.

No ano de 2008 foi cancelada a norma ABNT NBR 7094 que foi substituída pela ABNT NBR 17094 subdividida na parte 1, referente a motores de indução trifásicos e parte 2, referente aos mo-nofásicos. Os índices mínimos de motores da linha padrão (IR1) e de alto rendimento (IR2) foram man-tidos, porém foram inseridos motores de potências mais elevadas (até 500 cv para 4 polos).

Até a data de publicação deste guia, a última versão da ABNT NBR 17094-1 é do ano de 2013. Esta versão expande o universo de motores elé-tricos normalizados (inclui categorias NY e HY e eleva as tensões até 1.000 V). Nesta revisão, foram excluídos os motores elétricos da linha padrão, em coerência com a portaria interministerial nº 553 de 2005, e incluídos rendimentos mínimos para a linha da classe IR3 ou premium, pela primeira vez no texto da referida norma.

Apresentando de uma maneira detalhada, os motores normalizados, pela norma ABNT NBR 17094-1:2013, possuem as seguintes característi-cas: motores de indução de gaiola, trifásicos, com capacidade de operação contínua em suas condi-ções nominais sem que a elevação da temperatura ultrapasse a classe térmica especificada, uma rota-ção, categorias N, H, NY, HY e as categorias equiva-lentes A, B e C, com refrigeração a ar, acoplada ou solidária ao próprio eixo de acionamento do motor elétrico, de potência nominal igual ou superior a 0,75 kW (1cv) e até 370 kW (500 cv) em dois, quatro, seis e oito polos, 60 Hz ou 50 Hz para operação em 60 Hz, tensão igual ou inferior a 1000 V, qualquer forma construtiva. A ABNT NBR 17094-1:2013 está atualmente sendo revisada de forma a aumentar o escopo dos motores premium, ajustar alguns ren-dimentos, tornar algumas partes do texto mais cla-ras, dentre outras modificações. Oportunamente, esta revisão será disponibilizada para a sociedade.

Cabe destacar que, o Comitê Gestor de Indicado-res e Níveis de Eficiência Energética (CGIEE), presi-dido pelo Ministério de Minas e Energia, aprovou um Estudo de Impacto Regulatório, visando à evo-lução da regulamentação para a classe IR3 (moto-

22 Motor Premium

res premium). Este estudo foi feito pelo CT-Motores (Comitê Técnico), coordenado pela Eletrobras. Este assunto será submetido à consulta pública, visan-do obter sugestões para implantar a evolução dos níveis atuais da Portaria n°553 de 2005.

Na Tabela 2, apresentam-se os rendimentos mí-nimos exigidos no Brasil desde o ano de 2010, de acordo com a portaria interministerial nº 553 de 2005 (classe IR2).

tabela 2 - Menores Valores de rendimentos nominais a Plena Carga para Motores Fabricados,

Comercializados e importados no Brasil (Classe ir2)

Potência nominal Velocidade Síncrona (rpm)

kW cv3600

2 polos1800

4 polos1200

6 polos900

8 polosrendimento nominal

0,75 1 80,0 80,5 80,0 70,0

1,1 1,5 82,5 81,5 77,0 77,0

1,5 2 83,5 84,0 83,0 82,5

2,2 3 85,0 85,0 83,0 84,0

3 4 85,0 86,0 85,0 84,5

3,7 5 87,5 87,5 87,5 85,5

4,4 6 88,0 88,5 87,5 85,5

5,5 7,5 88,5 89,5 88,0 85,5

7,5 10 89,5 89,5 88,5 88,5

9,2 12,5 89,5 90,0 88,5 88,5

11 15 90,2 91,0 90,2 88,5

15 20 90,2 91,0 90,2 89,5

18,5 25 91,0 92,4 91,7 89,5

22 30 91,0 92,4 91,7 91,0

30 40 91,7 93,0 93,0 91,0

37 50 92,4 93,0 93,0 91,7

45 60 93,0 93,6 93,6 91,7

55 75 93,0 94,1 93,6 93,0

75 100 93,6 94,5 94,1 93,0

90 125 94,5 94,5 94,1 93,6

110 150 94,5 95,0 95,0 93,6

132 175 94,7 95,0 95,0 94,5

150 200 95,0 95,0 95,0 94,5

185 250 95,4 95,0 95,0 95,0

Na Tabela 3, apresentam-se os rendimentos mí-nimos para a classe IR3 ou premium previstos pela norma ABNT NBR 17094-1:2013. Na verdade, para ser considerado um motor premium, o rendimento obtido através de ensaio não pode ser inferior ao va-lor obtido pela aplicação da tolerância estabelecida na norma. Cabe destacar que, além do aumento dos

23 Motor Premium

rendimentos, comparados à Tabela 2, há também uma extensão das potências, para até 500 cv. Como mencionado anteriormente, a norma ABNT NBR 17094-1 está sendo revisada, cabendo aos usuários e fabricantes de motores elétricos se manterem atua-lizados com as alterações. Os valores dos rendimen-tos (e demais informações) dos motores elétricos devem sempre ser consultados na norma, não tendo este guia o objetivo de substituí-la.

tabela 3 - Menores Valores de rendimentos nominais a Plena Carga para Motores da Classe ir3 ou Premium

de Acordo com a ABnt nBr 17094-1:2013

Potência nominal Velocidade Síncrona (rpm)

kW cv3600

2 polos1800

4 polos1200

6 polos900

8 polosrendimento nominal

0,75 1 77,0* 83,5a 82,5 75,51,1 1,5 84,0 86,5b 87,5c 78,51,5 2 85,5 86,5 88,5d 84,02,2 3 86,5 89,5e 89,5f 85,5

3 4 88,5 89,5 89,5 86,53,7 5 88,5 89,5 89,5 86,54,4 6 88,5 89,5 89,5 86,55,5 7,5 89,5 91,7g 91,0 86,57,5 10 90,2 91,7 91,0 89,59,2 12,5 91,0 92,4 91,7 89,511 15 91,0 92,4 91,7 89,515 20 91,0 93,0 91,7 90,2

18,5 25 91,7 93,6 93,0 90,222 30 91,7 93,6 93,0 91,730 40 92,4 94,1 94,1 91,737 50 93,0 94,5 94,1 92,445 60 93,6 95,0 94,5 92,455 75 93,6 95,4 94,5 93,675 100 94,1 95,4 95,0 93,690 125 95,0 95,4 95,0 94,1

110 150 95,0 95,8 95,8 94,1132 175 95,4 96,2 95,8 94,5150 200 95,4 96,2 95,8 94,5185 250 95,8 96,2 95,8 95,0220 300 95,8 96,2 95,8 95,0260 350 95,8 96,2 95,8 95,0300 400 95,8 96,2 95,8 95,0330 450 95,8 96,2 95,8 95,0370 500 95,8 96,2 95,8 95,0

* Erro (valor inferior à classe IR2). a Para motores na carcaça 80, o valor mínimo do rendimento é 83%b Para motores na carcaça 80, o valor mínimo do rendimento é 84%c Para motores na carcaça 90, o valor mínimo do rendimento é 85,5%d Para motores na carcaça 100, o valor mínimo do rendimento é 86,5%e Para motores na carcaça 90, o valor mínimo do rendimento é 87,5%f Para motores na carcaça 100, o valor mínimo do rendimento é 87%g Para motores na carcaça 112, o valor mínimo do rendimento é 91%

24 Motor Premium

Além da normalização e da regulamentação, a utilização de motores elétricos eficientes também é estimulada por meio do Selo Procel de Economia de Energia, apresentado na Figura 4.

Figura 4 – Selo Procel de Economia de Energia para Motores Elétricos

O Selo Procel de Economia de Energia, ou sim-plesmente Selo Procel, tem como finalidade ser uma ferramenta simples e eficaz que permite ao consumidor conhecer, entre os equipamentos e eletrodomésticos (atualmente inclui também edificações) à disposição no mercado, os mais efi-cientes e que consomem menos energia.

Dessa forma, o Selo estimula a fabricação e a co-mercialização de equipamentos mais eficientes, mi-nimizando ainda os impactos ambientais no país.

Concedido anualmente aos motores nacionais ou importados, que apresentam os melhores rendi-mentos, o Selo Procel para motores elétricos existe desde 1997. O uso de motores com o Selo vem pro-porcionando uma economia de energia suficiente para suprir o consumo de energia elétrica de mais de 710 mil residências.

Para comprovar que o seu motor atende aos requisitos exigidos pelo Procel, o fornecedor deve submetê-lo a ensaios em laboratórios de terceira parte indicados pelo Procel.

25 Motor Premium

Motores Premium (IR3) x Alto Rendimento (IR2) x Padrão (IR1)

77

79

81

83

85

87

89

91

93

95

97

1 1,5

2 3 4 5 6 7,5

10 12,5

15 20 25 30 40 50 60 75 100

127

150

175

200

250

300

350

400

450

500

Rend

imen

to N

omin

al (%

)

Potência Nominal (cv)

Motor IR1 Motor IR2 Motor IR3

Figura 5 - Rendimento Nominal para Motores Padrão (IR1), de Alto Rendimento (IR2) e Premium (IR3), 4 Polos

Na Figura 5 apresenta-se uma comparação entre os rendimentos nominais mínimos de motores pa-drão (classe IR1, de acordo com a norma ABNT NBR 17094-1:2008), motores de alto rendimento (IR2, de acordo com a norma ABNT NBR 17094-1:2013) e motores premium (classe IR3, de acordo com a nor-ma ABNT NBR 17094-1:2013). Por esta figura fica clara a maior eficiência energética nominal do mo-tor premium, comparando às classes padrão e alto rendimento para todas as potências. Optou-se por efetuar esta comparação (e outras apresentadas adiante) para motores de 4 polos (1800 rpm), tendo em vista que são os mais utilizados.

26 Motor Premium

Perdas do Motor

Os vários tipos de perdas podem ser classificados de diversas formas, as mais usuais são: perdas fixas, que praticamente independem da carga, e perdas que variam com o carregamento do motor. As perdas fixas são perdas nos núcleos e mecânicas. As perdas variá-veis com a carga são as perdas nos enrolamentos do estator e do rotor e as perdas suplementares.

Perdas nos Núcleos (15 a 25% das perdas totais)

Também denominadas de perdas no ferro, são as perdas que ocorrem nas chapas magnéticas do estator e do rotor.

Estas perdas se devem aos fenômenos de histerese e correntes induzidas nos pacotes magnéticos (corren-tes parasitas ou correntes de Foucault) e dependem da frequência e da densidade máxima de fluxo.

No caso particular da perda por correntes para-sitas, ela depende também da espessura das lâmi-nas do pacote magnético.

As perdas por histerese e correntes parasitas po-dem ser reduzidas pela diminuição da densidade de fluxo. Isto pode ser conseguido aumentando-se o comprimento do pacote magnético ou através de um melhor projeto do circuito magnético.

Outro procedimento adotado para redução des-tas perdas é a utilização de material magnético de melhor qualidade.

Perdas Mecânicas (5 a 15% das perdas totais)

São as perdas devidas ao atrito nos mancais ou nos rolamentos e na ventilação. Em geral, quando o motor está operando em carga nominal, elas são as menores parcelas das perdas totais.

As perdas por atrito são diminuídas utilizando-se rolamentos com baixas perdas e com uma melhor lubrificação (como, por exemplo, lubrificantes sintéti-cos).

As perdas por ventilação podem ser reduzidas pela otimização do projeto do ventilador. Como o

27 Motor Premium

motor premium produz menores perdas nos en-rolamentos e no núcleo, torna-se menor a própria necessidade de ventilação. Uma boa consequência indireta disto é a redução do nível de ruído produ-zido pelo motor.

Perdas por Efeito Joule no Estator (25 a 40% das perdas totais)

São as perdas por efeito Joule devido à circula-ção de corrente nos condutores do enrolamento do estator. Frequentemente são denominadas por perdas I2 R, onde R é a resistência do enrolamento e I, a corrente.

Nos motores premium (IR3), a resistência destes enrolamentos é diminuída utilizando-se conduto-res de cobre de maior bitola (condutores mais gros-sos). Os fabricantes nacionais têm alcançado estes resultados mantendo a mesma carcaça do motor padrão (IR1) e de alto rendimento (IR2), com algu-mas exceções apresentadas na Tabela 3.

Perdas por Efeito Joule no Rotor (15 a 25% das perdas totais)

De maneira análoga ao que acontece no enro-lamento do estator, são perdas por efeito Joule (I2 R) que ocorrem na gaiola do rotor e dependem da carga, do material do condutor da gaiola, da área da ranhura (que depende da área do condutor) e do comprimento das barras condutoras da gaiola. Es-tas perdas são proporcionais ao escorregamento de operação.

Assim como no estator, a diminuição destas perdas é feita pelo aumento da quantidade de ma-terial condutor da gaiola. Naturalmente, isto pode contribuir também para o aumento das dimensões da carcaça.

No entanto, a resistência elétrica do rotor apre-senta forte influência no desempenho do motor. A redução destas perdas fica limitada devido ao aumento da corrente de partida. Por outro lado, o aumento da resistência do rotor também fica limi-tado, devido à redução do conjugado de partida.

28 Motor Premium

Perdas Suplementares (10 a 20% das perdas totais)

São todas as perdas que não estão incluídas nos outros tipos de perdas. São definidas como a dife-rença entre a perda total do motor e os outros qua-tro tipos de perdas.

Elas levam em conta vários fenômenos, tais como a distribuição não uniforme da corrente nos enrolamentos, o efeito de saturação e as imperfei-ções na densidade de campo magnético (devido às ranhuras do estator e do rotor). Estas imperfeições provocam perdas nos dentes das lâminas do es-tator e do rotor e ocasionam perdas ôhmicas nas barras das gaiolas, associadas aos harmônicos de corrente.

As perdas que ocorrem nas partes metálicas próxi-mas ao campo magnético de dispersão produzido pe-las cabeças das bobinas (parte externa das ranhuras), são também computadas nas perdas suplementares.

Os elementos que mais afetam estas perdas são: o projeto do enrolamento do estator, a razão entre a largura do entreferro e a abertura das ranhuras, a razão entre o número de ranhuras do estator e do rotor e as superfícies dos pacotes magnéticos do es-tator e do rotor.

As perdas suplementares variam, aproximada-mente, com o quadrado da corrente de carga, de acordo com a referência 4. São as mais difíceis de serem reduzidas. No entanto, podem apresentar uma grande contribuição para o aumento da efi-ciência do motor. Elas podem ser reduzidas pela adoção de um projeto otimizado e com cuidados de qualidade na fabricação. Estas perdas são um im-portante componente das perdas totais do motor.

Por fim, cabe destacar que os vários tipos de per-das dos motores não são independentes. Por exem-plo, aumentar o comprimento do pacote de lâmi-nas para redução das perdas magnéticas provoca aumento no comprimento dos condutores o que, por sua vez, aumenta suas perdas por efeito Joule. O projeto final destes motores deve ser fruto de um

29 Motor Premium

balanço dos vários tipos de perdas, de modo a se alcançar um elevado rendimento, mas mantendo-se os níveis de conjugado de partida, capacidade de sobrecarga, corrente de partida e fator de potência.

Características dos Motores Premium

Os motores da classe IR3 ou premium foram de-senvolvidos para proporcionar um menor consu-mo de energia elétrica da rede devido ao seu eleva-do rendimento. Para isso, construtivamente, estes motores possuem a maioria das seguintes caracte-rísticas:

y Chapas magnéticas de melhor qualidade; y Maior volume de material condutor; y Rotores tratados termicamente, reduzindo

perdas rotóricas; y Altos fatores de enchimento das ranhuras,

que provêm melhor dissipação do calor gera-do;

y Projeto das ranhuras otimizado para incre-mentar o rendimento;

y Tampas traseiras e dianteiras com fluxo de ar otimizado;

y Anéis de fixação dos mancais com superfície aletada para melhorar a dissipação do calor dos mancais;

y Alojamento do rolamento projetado para fora, para melhor dissipação do calor;

y Sistema de ventilação mais eficiente (ex.: tampa defletora do sistema de ventilação com conceito aerodinâmico e com melhor distribuição do fluxo de ar);

y Projeto da carcaça com redução da dispersão do fluxo de ar, contribuindo para o aumento da troca térmica entre o motor e o ambien-te, resultando, ainda, na redução de pontos quentes na superfície e no aumento do inter-valo de lubrificação dos enrolamentos.

30 Motor Premium

Benefícios Econômicos do Motor Premium

O custo de um motor envolve não só o seu pre-ço inicial, mas também o seu custo operacional. O preço inicial do motor premium (IR3) é superior ao motor de alto rendimento (IR2). Por outro lado, o motor premium consome menos energia para executar o mesmo trabalho realizado por outro de alto rendimento porque possui maior rendi-mento. Após algum tempo de operação, a econo-mia obtida compensará e ultrapassará a diferen-ça entre o seu preço e o do motor equivalente da linha de alto rendimento.

A economia no consumo de energia e o tem-po de retorno do investimento, ao se optar por um motor premium ao invés de outro da linha de alto rendimento, são funções dos seus rendimen-tos, do tempo de operação, da potência solicitada pela carga, da tarifa de energia elétrica e dos seus preços iniciais, como será apresentado a seguir.

Economia de Energia e Financeira ao Escolher um Motor Premium

Se um motor opera H horas por ano, solicitando da rede elétrica uma potência elétrica Pe (em kW), a energia elétrica consumida por ano é:

E H Pe= ×

A potência elétrica Pe se relaciona com a potên-cia mecânica P (em cv) desenvolvida no eixo atra-vés do rendimento η e do fator de conversão entre cv e kW (caso a potência do motor seja dada em HP, horse power, o fator de conversão deve ser 0,746). Desta maneira, o consumo de energia elétrica pode ser calculado por:

E H P= × × ×0 736

1, η

Considerando-se, respectivamente, os rendi-mentos η

AR e η

PR para os motores da linha alto ren-

dimento (IR2) e premium (IR3) e ambos desenvol-vendo a mesma potência mecânica, a economia de energia anual EEA, ao se optar pelo motor pre-mium, será:

−×××= PHEEA

11736,0

ηAR

ηPR

31 Motor Premium

A equação acima se aplica à operação com carga constante, com os motores operando com mesma tensão e velocidade. Para carga variável, deve-se calcular os valores da economia obtidos em cada intervalo de carga e somá-los para a obtenção da economia anual.

Optando-se pelo motor premium (IR3), em vez do motor de alto rendimento (IR2), tem-se uma economia financeira anual dada por:

TEEAEFA ×=

Onde T (em R$/kWh) é a tarifa de energia elétrica.Porém, ao se optar por um motor premium, é ne-

cessário um investimento adicional, dado pela dife-rença de preços entre os motores (PR

PR-PR

AR, em R$).

Considerando a economia financeira anual EFA, depois de determinado período, o investimento é retornado, conforme é mostrado a seguir.

Tempo de Retorno do InvestimentoO cálculo do tempo de retorno do investimento

simplificado (payback simples) ao se optar por um motor premium é dado por :

TEEA

PRAR

PRPR

TRI×

−=

Observa-se que o tempo de retorno do inves-timento eleva-se com o aumento da diferença de preços entre os motores e do valor da taxa de juros (no caso do payback composto). Por outro lado, será tanto menor quanto maior for:

y A tarifa de energia; y O número de horas de operação; y A diferença entre os rendimentos; y A potência da carga.

Destaca-se que após o tempo de retorno do investimento, a economia de energia em cada ano é convertida diretamente em lucro (R$) que é dado pela multiplicação da economia de energia anual EEA pela tarifa T.

Por exemplo, consideremos dois motores de 50 cv, 4 polos, 220 V, um da linha alto rendimento

32 Motor Premium

(IR2) e outro premium (IR3). Seus rendimentos no-minais1 valem η

AR = 93,6% e η

PR = 94,6% (observar

que estes valores são superiores aos apresentados nas Tabelas 2 e 3). Se os motores desenvolverem potência nominal, operando com tensão nominal e mesma velocidade durante 6.000 horas por ano, então a economia anual de energia ao se optar pelo uso do motor premium será:

−

946,0

1

936,0

1EEA = 0,736 × 6000 × 50 ×

ou

EEA = 2.493,6 kWh/ano

Admitiremos que os preços dos motores são PR

AR = R$ 10.785,06 e PR

PR = R$ 12.726,37 e que a

tarifa de energia elétrica é igual a T = R$ 0,550/kWh. Para as condições citadas, o tempo de retorno do investimento para a opção de compra do motor premium será:

= 1,42 anos ou 17 meses.2.493,6 ×0,550

12.726,37 − 10.785,06TRI =

O lucro anual após o TRI será de R$ 1.371,50 (2.493,6 x 0,550).

O cálculo do TRI apresentado anteriormente (payback simples) considera a tarifa de energia elé-trica média, e ainda, constante ao longo desse tem-po. Uma boa estimativa da tarifa pode ser obtida dividindo o valor da conta pela energia consumida. Isto de certa maneira inclui a demanda.

Também é importante destacar que o cálculo do TRI apresentado anteriormente (payback sim-ples) não leva em conta o valor da moeda no tem-po, desconsiderando-se a taxa de juros do payback composto. Todavia, o payback simples é uma esti-mativa inicial frequentemente utilizada na toma-da de decisão sobre investimentos. É importante mencionar que esta estimativa é otimista, ou seja, os valores dos tempos de retorno do investimento obtidos utilizando payback composto são maiores. Cabe mencionar que os valores obtidos por meio do payback composto também são estimativas, tendo em vista a previsão necessária para a taxa de juros ao longo do tempo. Destaca-se que taxas de juros elevadas podem inviabilizar o retorno do 1 No anexo A apresentam-se as curvas do rendimento x carregamento

destes motores.

33 Motor Premium

investimento para situações em que o motor elé-trico opera por um menor número de horas ao ano.

A Tabela 4 é uma fonte de consulta rápida do TRI (payback simples) para a compra de um motor pre-mium (IR3) ao invés de outro da linha alto rendi-mento (IR2) de 4 polos. Ela é uma aproximação ba-seada nas hipóteses do período de funcionamento de 2000, 4000, 6000 e 8000 horas por ano. A tarifa de energia elétrica considerada é de R$ 0,550/kWh e a carga do motor é constante e nominal. Como pode ser observado, quanto maior a utilização dos motores elétricos, menor o tempo de retorno de in-vestimento. Cabe destacar, que a maioria dos mo-tores elétricos instalados nas indústrias operam mais de 4.000 h/ano.

tabela 4 - tempo de retorno do investimento (Payback Simples em Anos) para Compra do

Motor Premium (ir3) ao invés do Motor da linha Alto rendimento (ir2) para Carga nominal (tarifa

Considerada de r$ 0,550/kWh)

P (cv)2000 h/

ano4000 h/

ano6000 h/

ano8000 h/

ano1,0 5,51 2,76 1,84 1,381,5 2,22 1,11 0,74 0,552,0 5,38 2,69 1,79 1,343,0 4,06 2,03 1,35 1,024,0 2,89 1,45 0,96 0,725,0 5,36 2,68 1,79 1,346,0 6,64 3,32 2,21 1,667,5 5,83 2,91 1,94 1,46

10,0 6,67 3,34 2,22 1,6712,5 4,32 2,16 1,44 1,0815,0 7,74 3,87 2,58 1,9320,0 6,56 3,28 2,19 1,6425,0 6,16 3,08 2,05 1,5430,0 6,55 3,27 2,18 1,6440,0 4,77 2,38 1,59 1,1950,0 4,25 2,12 1,42 1,0660,0 7,12 3,56 2,37 1,7875,0 6,37 3,18 2,12 1,59

100,0 6,25 3,12 2,08 1,56125,0 10,16 5,08 3,39 2,54150,0 11,00 5,50 3,67 2,75175,0 7,68 3,84 2,56 1,92200,0 9,11 4,56 3,04 2,28250,0 10,08 5,04 3,36 2,52300,0 14,02 7,01 4,67 3,50350,0 13,16 6,58 4,39 3,29400,0 12,14 6,07 4,05 3,03450,0 11,84 5,92 3,95 2,96500,0 11,73 5,86 3,91 2,93

34 Motor Premium

Considerando-se o payback composto e utilizan-do-se a taxa de juros SELIC utilizada no fechamento desta publicação (de 14,25%), os tempos de retorno de investimento para 2.000, 4.000, 6.000 e 8.000 ho-ras de operação ao ano foram 52%, 36%, 25% e 20%, na média, superiores aos valores apresentados na Tabela 4. Cabe destacar que, quanto maior a taxa de juros, maior o payback, podendo inviabilizar economicamente a aquisição do motor premium em alguns casos.

Custo de Operação dos Motores Elétricos Durante sua Vida Útil

As perdas menores do motor premium (IR3) significam que este motor produz a mesma po-tência mecânica de saída com menos potência elétrica de entrada que um motor da linha de alto rendimento (IR2). Desta maneira, o motor premium tem custo de operação inferior.

Considerando uma vida útil V, o custo de opera-ção CO dos motores elétricos é obtido pela seguinte expressão:

TPVHCO ×××××=1

736,0η

Voltando ao exemplo apresentado anteriormen-te, os custos de operação dos motores elétricos de alto rendimento (IR2) e premium (IR3), consideran-do-se uma vida útil de 12 anos, são os seguintes:

07,923.556.1550,0936,0

15012000.6736,0 R$CO

AR=×××××=

11,465.540.1550,0946,0

15012000.6736,0 R$CO

PR=×××××=

Verifica-se, assim, que os custos de operação dos motores elétricos analisados de alto rendimento e premium são 144 e 121 vezes superiores aos preços dos respectivos motores. A elevada relação entre os custos de operação e aquisição mostra que, ao ad-quirir um motor elétrico, não se deve utilizar como

35 Motor Premium

fator de decisão para escolha apenas o preço do motor elétrico, mas também os gastos com ener-gia elétrica ao longo da vida útil do equipamento. Cabendo destacar que premissas conservadoras foram utilizadas no cálculo das relações entre os custos de operação e de aquisição, como será des-tacado a seguir.

O custo de aquisição utilizado anteriormente se referiu simplesmente ao valor desembolsado no momento de sua compra.

Cabe destacar que alguns fabricantes pos-suem plano de troca, de forma que o motor usa-do entre como parte do pagamento, havendo um desconto ou rebate na aquisição do motor elétri-co mais eficiente.

Um dos fabricantes de motores elétricos bra-sileiros, por exemplo, oferece um desconto (ou re-bate) de 12%. Cabe comentar que os motores re-cebidos são desmontados e que os materiais são encaminhados à reciclagem, num índice que che-ga em torno de 99% de reaproveitamento. Alguns fabricantes chegam a arcar, ainda, com o frete de motores com potências mais elevadas. Estas situa-ções, que acarretam em redução do valor do motor, foram desprezadas no cálculo da relação entre o custo de operação e o custo de aquisição, apresen-tados anteriormente.

Por outro lado, o custo de operação é compos-to pelo somatório do custo de manutenção mais o custo com energia elétrica durante a vida útil do motor elétrico. Os valores dos custos de manuten-ção também foram desprezados na relação calcula-da anteriormente.

Outra condição conservadora utilizada foi a vida útil considerada de 12 anos. Estudos da ABRAMAN (referência 5), apontam que a idade média de equi-pamentos e instalações das indústrias brasileiras é de 17 anos.

Com as mesmas considerações apresentadas ante-riormente, na Tabela 5, apresentam-se as relações en-tre os custos de operação e aquisição, para as diversas potências e número de horas de operação, para moto-res de alto rendimento (IR2) e premium (IR3).

36 Motor Premium

tabela 5 – relações entre Custos de operação e Aquisição para Motores de Alto rendimento (ir2) e Premium (ir3) com Vida Útil de 12 anos e tarifa de r$ 0,550/kWh

Custo de Operação Mensal dos Motores Elétricos

P (cv) 2000h/ano 4000h/ano 6000h/ano 8000h/anoIR2 IR3 IR2 IR3 IR2 IR3 IR2 IR3

1,0 17 14 35 27 52 41 69 541,5 23 17 46 35 69 52 92 702,0 24 18 49 37 73 55 97 733,0 31 24 62 47 94 71 125 944,0 32 25 64 49 96 74 129 995,0 37 29 75 57 112 86 150 1156,0 32 27 65 53 97 80 129 1077,5 37 31 75 62 112 93 150 124

10,0 41 33 83 65 124 98 165 13112,5 46 36 92 72 138 108 184 14515,0 51 41 102 81 154 122 205 16320,0 48 37 96 74 143 111 191 14825,0 51 40 102 79 154 119 205 15830,0 43 34 86 68 129 102 172 13640,0 43 36 86 72 128 108 171 14350,0 48 40 96 81 144 121 192 16160,0 40 32 80 63 120 95 160 12775,0 45 36 90 71 135 107 180 142

100,0 51 40 102 81 153 121 204 162125,0 43 34 86 67 129 101 171 134150,0 47 37 94 74 141 110 188 147175,0 42 33 85 67 127 100 169 134200,0 46 36 92 73 138 109 184 146250,0 49 39 98 78 147 116 196 155300,0 40 32 79 63 119 95 158 127350,0 42 34 85 68 127 102 169 136400,0 46 37 92 74 138 111 184 147450,0 47 38 95 76 142 114 189 152500,0 48 38 96 77 144 115 192 154

O motor elétrico de 50 cv, apresentado anterior-mente, operará 500 h (6.000/12) a cada mês. Assim, os custos de operação mensal dos motores de alto rendimento (IR2) e premium (IR3) serão:

96,811.10550,0936,0

150500736,0 R$CO

AR=××××=

67,697.10550,0946,0

150500736,0 R$CO

PR=××××=

37 Motor Premium

Comparando estes custos com os preços dos motores elétricos, apresentados anteriormente, ve-rifica-se que os gastos com energia elétrica em um mês de operação, são aproximadamente iguais ao custo de aquisição deste equipamento.

Motores Elétricos com Maiores Eficiências

O Motor de indução existe desde 1885, quando foi inventado quase simultaneamente, por Galileu Ferraris e Nicolas Tesla. A engenharia de materiais propiciou grande evolução na densidade de potên-cia (kg/kW) destes motores elétricos. Na sua criação eram 86 kg para cada kW, ao passo que na metade da década de 80 do século passado eram 6,8 kg para cada kW. Esta evolução foi fortemente influenciada pelas modificações nos materiais utilizados nos iso-lamentos, que passaram a suportar temperaturas mais elevadas.

Como efeito negativo do aumento da temperatu-ra, o rendimento dos motores de indução foi sacrifi-cado, de modo que os motores de indução do início da década de 80 eram menos eficientes que os de dé-cadas anteriores. Por outro lado, as crises do petróleo da década de 70, motivaram a criação de programas de eficiência energética na década de 80, que esti-mularam o desenvolvimento de motores de indução (que são os mais utilizados) mais eficientes. Dessa maneira foram desenvolvidos os motores da linha padrão (classe IR1), da linha alto rendimento (IR2) e da linha premium (IR3). Todos estes abordados neste guia. Cabe destacar que alguns fabricantes de moto-res elétricos já fabricam e comercializam no Brasil a linha super premium (IR4) e até ultra premium (IR5).

Motores super premium ainda são disponibiliza-dos na tecnologia motor de indução. Porém, motores fabricados utilizando outras duas tecnologias vêm ganhando grande espaço no mercado para a linha super premium. São os motores síncronos de relu-tância e os motores de ímã permanente. Ambas as tecnologias utilizam inversores de frequência. Com relação à linha ultra premium, estas duas tecnolo-gias substituem os motores de indução, que não atingem o mesmo patamar de eficiência.

CONSIDERAçõES QUANDO COMPRAR

MOTOR PREMIUM

40 Motor Premium

EspecificaçãoAo se especificar um motor elétrico, além do

rendimento, outros parâmetros devem ser consi-derados, de acordo com a utilização deste equipa-mento. Como por exemplo:

y Fator de potência; y Conjugado de partida; y Conjugado máximo; y Velocidade de operação; y Capacidade de aceleração; y Classe de isolamento; y Corrente de partida; y Fator de serviço; y Ruído; y Temperatura de operação; y Tipo de carcaça; y Grau de Proteção.

A especificação técnica deve definir quais dos parâmetros apresentados anteriormente são os mais importantes para a aplicação. Ao priorizar de-terminados parâmetros apresentados, necessários para a aplicação desejada, pode-se implicar num decréscimo do rendimento do motor.

No caso de substituição de um motor de alto rendimento (IR2) por um premium (IR3), deve-se evitar (por uma questão de custo) modificar ele-mentos básicos do projeto do motor, tais como:

y Projeto da carcaça; y Projeto dos rolamentos; y Projeto do rotor; y Classe de isolamento.

Outros parâmetros também devem ser avalia-dos na substituição do motor, como o comporta-mento conjugado x rotação do motor elétrico, de forma que a carga consiga ser acionada.

É desejável que a especificação de um motor elé-trico contenha:

1. Características da carga:

y Tipo da carga (bomba centrífuga, bomba al-ternativa, compressor, ventilador, laminador, prensa, guindaste, ponte rolante etc.);

y Gráfico da curva do conjugado resistente; y Momento de inércia e a que rotação está referida;

41 Motor Premium

y Sobrecargas adicionais; y Cargas axial, radial ou mista e seu sentido

quando existentes;

2. Tipo de transmissão mecânica (polia, direto flexível, direto rígido, cardan, redutor, hidráulico etc.);

3. Característica da rede de alimentação:

y Tipo de alimentação (monofásico ou trifásico); y Tensão de alimentação; y Frequência da rede;

4. Características do motor:

y Potência nominal (cv); y Forma construtiva (vista pelo lado da caixa de

ligação); y Frequência; y Rotação nominal; y Rendimento nominal ou classe do motor (alto

rendimento ou IR2, premium ou IR3, super premium ou IR4, ultra premium ou IR5);

y Fator de potência nominal; y Categoria (comportamento do conjugado em

função da rotação); y Tensão; y Sentido de rotação (horário, anti-horário ou

ambos); y Tensão da resistência de aquecimento (reco-

mendada para ambientes úmidos); y Tipo de flange; y Modelo de fixação da chaveta;

5. Condições ambientais de operação do motor:

y Temperatura máxima; y Umidade relativa máxima; y Altitude; y Local da instalação (ao tempo, local coberto,

local fechado, ambiente corrosivo, sujeito a vapor, sujeito a pó, etc.);

y Se área classificada, informar qual;

6. Sistemas de proteção do motor:

y Proteção contra sobrecorrente; y Tipo(s) de proteção térmica: termorresistores,

termistor PTC (Positive Temperature Coeffi-cient), termistor NTC (Negative Temperature Coefficient), termostato, protetor térmico;

42 Motor Premium

y Proteção contra subtensão; y Proteção contra tempos de partida muito lon-

gos e partidas sucessivas.

7. Método de partida do motor (chave estrela-triângulo, chave compensadora, soft-starter, inversor etc.);

8. Observações adicionais relevantes.

Dimensionamento do MotorNo Brasil, o superdimensionamento de motores

é uma das causas mais comuns de operação inefi-ciente e as razões mais frequentes para esta ocor-rência são:

y Desconhecimento das características da carga; y Desconhecimento de métodos para um di-

mensionamento adequado; y Aplicação de sucessivos fatores de segurança

nas várias etapas de um projeto; y Expectativa de aumento futuro de carga; y A não especificação de fator de serviço maior

que 1,0; para motores que esporadicamente apresentam picos de carga;

y Prática conservadora da manutenção de al-gumas indústrias, na qual o motor avariado é substituído imediatamente por outro de po-tência maior existente no almoxarifado.

O uso de motores superdimensionados aumen-ta os custos com:

y A compra do motor com potência maior; y A compra de equipamentos da fonte de ali-

mentação, por solicitar maiores potências; y A energia elétrica consumida e demandada

por apresentar rendimento menor; y O baixo fator de potência (possibilidade de

multa e aumento das perdas).

Em condição normal de funcionamento, o motor deve ser adequado à carga, ou seja, deve operar entre 75% e 100% da potência nominal. Por exemplo, se o dimensionamento mostra que a carga é de 35 cv, um motor de 40 cv deverá ser usado, operando com 88% da potência nominal. Quando um motor é usado para atender a uma carga constante, como um ventilador, o motor deve ser dimensionado o mais próximo pos-sível de 100% da potência nominal.

43 Motor Premium

O motor premium bem dimensionado propor-cionará economia de energia, permitindo obter elevados rendimento e fator de potência, redu-zindo os custos com a energia elétrica.

Figura 6 - Comportamento Típico do Rendimento em Função da Carga de um Motor de Indução Trifásica

RendimentoUm motor premium (IR3) é especificado da mes-

ma forma que outro da linha de alto rendimento (IR2). Ambos, geralmente, possuem a mesma car-caça padronizada, assim nenhuma modificação es-pecial é, normalmente, necessária para trocar um motor de alto rendimento por um motor premium.

Uma vez que os outros parâmetros especifica-dos tenham sido satisfeitos, o rendimento deve ser um fator determinante na seleção do motor, tendo em vista o elevado custo de operação dos motores elétricos, mostrado na Parte 1 deste Guia Técnico.

(%)

Pn

P1,0

100

ηn

η

Na Figura 6 observa-se que, para cargas peque-nas, em relação a sua potência nominal, o rendi-mento é baixo. Isso acontece porque as perdas fixas tornam-se grandes comparadas com a potên-cia fornecida, sendo preponderantes em relação à redução das perdas variáveis no cálculo do rendi-mento. Quando o carregamento do motor cresce, o rendimento se eleva e, quando o motor opera com mais de 50% de sua potência nominal, o rendimen-to é muito próximo dos valores de rendimento no-

44 Motor Premium

minal e máximo, que para alguns motores ocorre em torno de 75% da potência nominal. No Anexo A apresentam-se as curvas Rendimento x Carrega-mento para o motor de 50 cv apresentado na Parte 1 deste Guia Técnico.

No Brasil, o rendimento nominal para motores trifásicos é determinado através da norma ABNT NBR 5383–1:2002, baseado no método de segrega-ção das perdas com dinamômetro. Esta norma pas-sará a fazer parte da família ABNT NBR 17094.

Fator de PotênciaEste fator relaciona a potência que o motor re-

almente precisa para acionar a carga e suprir suas perdas internas, chamada potência ativa, e a po-tência total solicitada à rede, chamada potência aparente. A potência aparente engloba duas com-ponentes distintas de potência:

y Potência ativa (P) relacionada com trabalho mecânico e perdas, W;

y Potência reativa (Q) necessária para magneti-zação, ou seja, para assegurar a existência dos campos magnéticos, VAr.

É importante que se trabalhe com valor de fator de potência próximo a unidade. A legislação atu-al exige que os consumidores do grupo tarifário A (no geral, os maiores consumidores, com tarifação binômia: pagamento pela energia e pela deman-da) operem com fator de potência mínimo de 0,92 indutivo ou capacitivo, de acordo com o período do dia. Abaixo deste valor existem penalizações financeiras aos consumidores (artigo 95 da Resolu-ção Normativa nº 414/2010).

A correção do fator de potência geralmente pode ser feita com a instalação de capacitores, que fornece reativo para a carga, reduzindo a potência aparente fornecida pela concessionária. Outra solução, porém, pode ser a eliminação ou diminuição da quantidade de motores elétricos operando em vazio, com baixo carregamento ou superdimensionados.

45 Motor Premium

Pn

P

1,0

1,00

vazioϕcos

ϕcos

nϕcos

Figura 7 – Comportamento Típico do Fator de Potência em Função da Carga de um Motor de Indução Trifásico

Analisando-se a Figura 7, verifica-se que em va-zio o fator de potência é muito baixo. Isso acontece porque a potência ativa entregue ao motor é prati-camente a necessária para suprir somente as per-das, sem realizar trabalho. Efeito análogo ao que ocorre em vazio ou com pouca carga, ocorre quando o motor está superdimensionado. Observa-se que o fator de potência cresce com o carregamento do motor, atingindo valores mais próximos a unidade quando o motor está operando a partir de 75% de sua potência nominal.

O fator de potência depende da qualidade do material magnético utilizado e do projeto. A nor-malização não fixa valores mínimos de referência. No momento da compra, o usuário deve consultar o catálogo do fabricante, analisar seu comporta-mento com a carga e o impacto no aumento da po-tência reativa da instalação.

Fator de ServiçoO fator de serviço é um multiplicador que, aplica-

do à potência nominal, indica a carga permissível que pode ser aplicada ao motor, sob tensão e frequência

46 Motor Premium

nominais e com limite de elevação de temperatu-ra do enrolamento estabelecido. A utilização do fa-tor de serviço implica em vida útil inferior àquela do motor com carga nominal, devido à elevação da temperatura. Assim, deve ser utilizado apenas para atender a picos esporádicos de carga, sem que seja necessário superdimensionar o motor.

Além disso, os valores declarados, por exemplo, de rendimento e fator de potência não são garanti-dos pelo fabricante quando o motor estiver operando acima da potência nominal. A norma ABNT NBR 17094-1:2013 prevê que para motores de 1,5 a 200 cv, o fator de serviço quando especificado deve ser igual a 1,15 (para motores de gaiola, categorias N e H).

Características de Aceleração

Os motores de indução trifásicos com rotor de gaiola são classificados em categorias, segundo a norma ABNT NBR 17094-1:2013, conforme suas ca-racterísticas de conjugado em relação à velocida-de. Na Figura 8, apresentam-se as curvas típicas de motores das categorias N, H e D.

0

50

100

150

200

250

300

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Co

nju

gad

o p

erce

ntu

al

do

co

nju

gad

o a

ple

na

ca

rga

%

Velocidade

Categoria D

Categoria H

Categoria N

Figura 8 - Curvas de Conjugado por Velocidade das Diversas Categorias

47 Motor Premium

Desta figura destacamos e definimos alguns pontos importantes:

y Conjugado nominal é o conjugado desenvol-vido pelo motor à potência nominal, sob ten-são e frequência nominais;

y Conjugado de partida ou com rotor bloqueado é o valor de conjugado que deve ser desenvol-vido pelo motor quando o seu eixo está blo-queado;

y Conjugado mínimo é o menor conjugado de-senvolvido pelo motor ao acelerar desde a ve-locidade zero até a velocidade corresponden-te ao conjugado máximo;

y Conjugado máximo é o maior conjugado de-senvolvido pelo motor, sob tensão e frequên-cia nominais;

y Escorregamento nominal refere-se à diferen-ça relativa entre a velocidade do motor à ple-na carga e a velocidade síncrona.

Cada categoria é adequada a um tipo de carga e se caracteriza como:

y Categoria N - Possui conjugado de partida normal, corrente de partida normal e bai-xo escorregamento. Constitui a maioria dos motores encontrados no mercado e prestam-se ao acionamento de cargas normais, como bombas, máquinas operatrizes e ventiladores;

y Categoria H - Possui conjugado de partida alto, corrente de partida normal e baixo escor-regamento. Usados para cargas que exigem maior conjugado de partida, como peneiras, transportadores, carregadores, cargas de alta inércia, britadores, etc;

y Categoria D - Possui o mais alto conjugado de partida, corrente de partida normal e alto escorregamento (superior a 5%). Usados em prensas excêntricas, onde a carga apresenta picos periódicos. Usados também em eleva-dores e cargas que necessitam de conjugados de partida muito altos e correntes de partida limitadas.

Adicionalmente às características apresentadas anteriormente, existem ainda, motores das catego-rias NY e HY, previstos para partida estrela-triângulo.

48 Motor Premium

Características da Rede de Alimentação

A operação eficiente dos motores de indução trifásicos depende, dentre outros fatores, da quali-dade da rede elétrica de alimentação. As principais distorções que ocorrem nas redes trifásicas são:

y Variação da tensão; y Desequilíbrio da rede trifásica, com as ten-

sões apresentando diferentes amplitudes e/ou defasagens;

y Conteúdo de harmônicos.

Uma visão mais detalhada de cada distorção é apresentada na Parte 3, a seguir.

Características Construtivas

As carcaças dos motores elétricos, conforme as características do local em que serão instalados e de sua acessibilidade, devem oferecer um deter-minado grau de proteção padronizado. Assim, por exemplo, um motor a ser instalado num local sujei-to a jatos d’água, deve possuir uma carcaça capaz de suportar tais jatos, sob determinados valores de pressão e ângulo de incidência, sem que haja pe-netração de água. A padronização consiste no có-digo IP (Ingress Protection) seguido, normalmente, de dois algarismos, de acordo com a IEC 529. O pri-meiro algarismo se refere a contato com sólidos e o segundo se refere a contato com líquidos.

49 Motor Premium

COMO OPERAR MOTOR

PREMIUM

52 Motor Premium

Dicas para Prolongar a Vida Útil do MotorO motor de indução trifásico é uma máquina

robusta e quando utilizado apropriadamente irá operar vários anos com o mínimo de manutenção. Manutenções preventivas e inspeções periódicas do motor e do sistema elétrico de alimentação irão aumentar ainda mais a sua vida útil.

A vida de um motor praticamente termina quando o isolamento dos seus enrolamentos se de-teriora, tornando-se ressecado e quebradiço.

A melhor maneira de prevenir defeitos é seguir as instruções de manutenção do fabricante e ob-servar o desempenho normal do motor. A interpre-tação adequada destas observações pode ajudar a evitar sérios defeitos ou falhas do motor. Questões como as listadas abaixo devem ser respondidas:

y O motor está mais ruidoso que o normal? y A temperatura na carcaça do motor está

maior que o normal? y O tempo de aceleração do motor para atingir

a velocidade de operação está maior que o normal?

y Há um aumento da vibração?

Os Cuidados na Limpeza do MotorA limpeza do motor é um ponto primordial da

sua manutenção. A presença de poeira, umidade, partículas em suspensão, óleo, etc. são uma das principais causas de falhas dos motores. Falhas do sistema isolante são frequentemente causadas pela ação da umidade.

A limpeza da superfície externa é extremamen-te importante, pois é através dela que o calor gera-do pelas perdas do motor é liberado para o exterior. Uma camada de sujeira dificulta a liberação deste calor, o que provoca a elevação de temperatura, principalmente nos motores em regime contínuo. Isto pode reduzir consideravelmente a vida útil da isolação do enrolamento. Esta limpeza deve ser feita esfregando-se um pano (que não solte fiapos) embebido em solvente.

A presença de sujeiras e/ou resíduos estranhos no óleo de lubrificação do mancal ou na graxa do rolamento provoca alterações nas suas proprieda-des lubrificantes, aumentando as perdas por atrito e, consequentemente, a temperatura.

53 Motor Premium

A grade de proteção do ventilador nunca deve acumular detritos, para se obter uma boa renova-ção do ar de refrigeração.

A Lubrificação do Rolamento e do MancalOs mancais devem ser periodicamente inspecio-

nados, de modo a garantir uma lubrificação correta. Uma consulta ao fabricante ou seu representante local, aliada à própria experiência prática do usuá-rio, pode definir a periodicidade desta inspeção.

O fabricante do motor sempre apresenta reco-mendações sobre procedimentos e uso das graxas ou óleos lubrificantes adequados ao seu produto.

Não se deve misturar diferentes graxas, pois elas podem se deteriorar mutuamente e, conse-quentemente, privar o rolamento da lubrificação adequada.

Uma quantidade reduzida ou um volume exces-sivo de lubrificante nos mancais é prejudicial ao motor. O excesso de graxa é uma das causas mais comuns de falhas do rolamento, pois aumenta o atrito e, consequentemente, a temperatura.

VibraçãoUm notável aumento na vibração do motor é

um indicativo de defeitos. Se isto ocorrer, verificar:

y Se os parafusos da montagem estão apertados; y Se o eixo está apropriadamente alinhado; y Se alguns rolamentos devem ser trocados.

Identificar a fonte de vibração pode, às vezes, ser difícil. Neste caso, o usuário deve procurar uma as-sistência técnica especializada.

Regime de Partidas do MotorDevido ao valor elevado da corrente de partida

dos motores de indução, o tempo gasto na acelera-ção de cargas de inércia apreciável resulta na ele-vação rápida da temperatura do motor. Se o inter-valo entre partidas sucessivas for muito reduzido, isto levará a uma elevação de temperatura excessi-va nos enrolamentos, danificando-os ou reduzindo a sua vida útil. A norma ABNT NBR 17094-1:2013 estabelece um regime de partida mínimo que os mo-tores (categorias N, H e D) devem ser capazes de rea-

54 Motor Premium

lizar: duas partidas consecutivas a frio (com retorno ao repouso entre partidas) e uma partida a quente, após terem funcionado nas condições nominais.

Em cada caso, uma partida adicional é permi-tida somente se a temperatura do motor antes da partida não exceder a temperatura de equilíbrio térmico sob carga nominal.

No caso de motores das categorias NY ou HY, os requisitos de partida são os mesmos apresentados anteriormente. Adicionalmente, entretanto, é ne-cessário que o conjugado resistente seja reduzido, pois o conjugado de partida em “estrela” pode ser insuficiente para acelerar algumas cargas a uma rotação aceitável.

Influência da Rede Elétrica na Operação do Motor

Mesmo que o motor esteja em perfeitas condi-ções, seu rendimento e sua vida útil podem ser re-duzidos se o sistema elétrico apresentar uma baixa qualidade de energia. O monitoramento da tensão é uma maneira importante de prevenir problemas decorrentes de uma baixa qualidade de energia.

Sistema de ProteçãoOs dispositivos de proteção devem ser correta-

mente dimensionados e instalados para proteger o motor durante as partidas, sobrecargas e curtos-cir-cuitos. Se for instalado banco de capacitores de corre-ção do fator de potência junto ao motor, então é ne-cessário redimensionar os dispositivos de proteção.

Locais para Instalação de MotoresDeve-se evitar locais pouco ventilados que re-

sultem no aumento da temperatura ambiente ao redor do motor, prejudicando a troca de calor do motor, tais como:

y Poços; y Proximidades de paredes; y Cubículos fechados; y Saída da refrigeração de um motor na entrada

da refrigeração do outro.

55 Motor Premium

O rendimento e o fator de potência dos moto-res de indução trifásicos variam segundo o valor da tensão de alimentação. Estes motores são pro-jetados para suportarem variações de mais ou menos 10% da tensão nominal.

As principais causas de redução da amplitude da tensão são transformadores e/ou cabos subdimen-sionados e, também, fator de potência reduzido.

Quedas de tensão excessivas na rede também causam redução da tensão. Se o motor está conec-tado na extremidade final de um longo cabo de alimentação, pode ser conveniente uma reconfi-guração do sistema.

Dependendo da causa, a tensão da rede pode ser restaurada por meio de alguns procedimentos como:

y Ajuste do tap do transformador, quando possível; y Instalação de equipamentos de ajuste auto-

mático do tap do transformador, se a carga varia consideravelmente ao longo do dia;

y Instalação de banco de capacitores, que ele-vam a tensão ao mesmo tempo que corrigem o fator de potência;

y Redimensionamento dos cabos de alimentação.

Um valor de tensão acima do nominal acarre-ta redução (piora) do fator de potência e aumento da corrente de partida. Tensão permanentemente elevada pode ocorrer devido a uma ligação errada do tap do transformador.

Por outro lado, se um motor está superdimen-sionado, dependendo da carga acionada, talvez seja possível aumentar o seu fator de potência e a sua eficiência, alimentando-o com tensão reduzida.

Porém, como o conjugado dos motores de in-dução trifásicos é proporcional ao quadrado da tensão, motores alimentados com tensão abaixo do valor nominal apresentam dificuldades para partir ou acionar cargas de alta inércia. Por exem-plo, se a tensão de alimentação for 80% do valor nominal, o conjugado de partida disponível será de 64% do seu valor original.

O nível de tensão da rede deve ser regularmen-te monitorado e registrado, preferencialmente durante um ciclo completo de operação.

Variação da Amplitude da Tensão

56 Motor Premium

Entre as causas do desequilíbrio de um sistema trifásico, a principal é a ligação desproporcional de cargas monofásicas, tais como, sistemas de ilumi-nação e motores monofásicos. Outras causas de de-sequilíbrio podem ser:

y A utilização de cabos com bitolas diferentes. Isto pode ocorrer em pequenas instalações onde transformou-se uma rede monofásica em trifásica;

y Uma falta (curto-circuito) fase-terra não iden-tificada;

y Um circuito aberto em algum ponto do siste-ma de distribuição.

O desequilíbrio das tensões provoca vários pro-blemas, tais como:

y Desperdício de energia devido à existência de maiores perdas provocadas por altas corren-tes desequilibradas, que são dissipadas por efeito Joule, não contribuindo com a conver-são da energia elétrica em energia mecânica;

y Elevação da temperatura acima dos limites aceitáveis pelo motor;

y Redução do conjugado disponível para a car-ga, pela existência de componente de campo magnético girante em sentido contrário ao da rotação do motor (de sequência negativa);

y Pequena redução do fator de potência.

Segundo a ABNT NBR 17094-1:2013, motores trifásicos devem estar aptos a operar em um siste-ma de tensões trifásicas nas seguintes condições:

y Com uma componente de sequência zero que não exceda 1% da componente de sequência positiva;

y Com uma componente de sequência negativa que não exceda 1% da componente de sequên-cia positiva por um período prolongado ou 1,5% durante um período curto não superior a alguns minutos.

O cálculo do desequilíbrio, levando-se em con-sideração apenas amplitudes diferentes, pode aco-

Desequilíbrio da Rede Elétrica

57 Motor Premium

Figura 9 - Efeito do Desequilíbrio da Tensão nas Correntes de um Motor de Indução Trifásico

Estudos já demonstraram que um pequeno de-sequilíbrio de 3,5% na tensão pode aumentar as perdas do motor em 20%. Um desequilíbrio de 5% ou mais pode destruí-lo rapidamente.

bertar erros, mas como a medição da defasagem exige instrumentação sofisticada, a nível indus-trial, a ABNT NBR 17094-1:2013 admite, para fins práticos, que o desequilíbrio da rede seja definido pela seguinte expressão aproximada:

x 100

Valor médio das tensões medidas

Máxima tensão medida - Valor médio das tensões medidas

Desequilíbrio de tensão =

Por exemplo, suponha que foram feitas medi-ções nas três fases de uma rede e os seguintes va-lores foram encontrados: Va = 210 V; Vb = 215 V e Vc = 205 V.

y O valor médio é 210 V; y A diferença entre a máxima tensão e o valor

médio é 5 V; y O desequilíbrio de tensão é 2,4% (100 x 5 / 210).

Na Figura 9 (retirada da referência 7) ilustra-se a influência do desequilíbrio das tensões no desequi-líbrio das correntes, para as condições de partida, plena carga e em vazio. Por exemplo, um desequilí-brio de 2,4% das tensões provoca um desequilíbrio das correntes de plena carga na faixa de 16 a 20%.

0

10

20

40

0 21 3 4 5

Des

equi

líbri

o de

cor

rent

e (%

)

Desequilíbrio de tensão (%)

Vazio

Plena Carga

Partida

58 Motor Premium

Desequilíbrios severos (acima de 5%) causam pro-blemas imediatos, mas pequenos valores, na faixa de 1% a 2%, também são prejudiciais, pois podem ocasio-nar aumentos significativos no consumo de energia por muito tempo, sem serem detectados, principal-mente se o motor está superdimensionado. A tensão da rede deve ser regularmente monitorada e um de-sequilíbrio maior do que 1% deve ser corrigido.

Segundo a norma ABNT NBR 17094-1:2013, deve-se aplicar fatores de redução para a potência dispo-nível no eixo de motores da categoria N quando os mesmos são alimentados por tensões desequilibra-das, de modo que a elevação de temperatura admis-sível não seja excedida. Para as outras categorias e para potências nominais superiores a 630 kW, é re-comendável consultar o fabricante ou examinar as medições de temperatura de funcionamento.

Na Figura 10 indicam-se os fatores de redução (previstos pela ABNT NBR 17094-1:2013) que de-vem ser adotados conforme o valor percentual do desequilíbrio das tensões da rede.

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

Fato

r de

red

ução

Desequilíbrio de Tensão (%)

Figura 10 - Curva do Fator de Redução para a Potência Disponível no Eixo

HarmônicosDentre as diversas formas de se acionar um mo-

tor elétrico, existe o emprego cada vez maior de inversores de frequência. Ocorre que a utilização destes equipamentos causa distorção nas formas de onda da tensão e/ou da corrente. As curvas das tensões e correntes apresentam um comportamen-to diferente de uma senoide pura, contendo uma série de harmônicos.

Os harmônicos aumentam as perdas do motor, reduzem o conjugado disponível para a carga e pro-vocam a existência de conjugados pulsantes. Conse-

59 Motor Premium

quentemente, o motor apresenta aquecimento, vibra-ção e redução de sua eficiência. Os harmônicos podem ainda ocasionar redução da vida útil, pela danificação dos rolamentos, fadiga no eixo ou deterioração do sis-tema de isolação devido ao aquecimento.

Segundo a ABNT NBR 17094-1: 2013, os motores de indução trifásicos (exceto os motores de categoria N) devem poder funcionar sob uma tensão de alimen-tação cujo Fator de Harmônicos de Tensão (FHV) seja igual ou inferior a 0,02; salvo declaração em contrário do fabricante. Os motores de categoria N devem poder funcionar sob uma tensão de alimentação cujo FHV seja igual ou inferior a 0,03.

O FHV deve ser calculado usando a seguinte ex-pressão:

FHVu

n

n= ∑

2

onde:u

n - valor por unidade do harmônico de tensão,

referido à tensão nominal;n - ordem do harmônico (que não seja divisível

por três no caso de motores trifásicos).Geralmente é suficiente considerar os harmôni-

cos de ordem inferior a 13.

Por exemplo, suponha um motor da categoria N alimentado por um inversor fonte de tensão de 6 pulsos. A tensão aplicada ao motor tem o seguinte conteúdo harmônico:

Ordem do harmônico 5 7 11 13

Amplitude do harmônico Vn/5 Vn/7 Vn/11 Vn/13

FHV =

+

+

+

=

1

5

5

1

7

7

1

11

11

1

13

130 11 > 0,03

2 2 2 2

,

Logo, a alimentação do motor por este inversor somente é permitida se forem utilizados filtros para os harmônicos.

Os motores premium suportam mais facilmente os efeitos prejudiciais dos harmônicos, por apresenta-rem uma maior margem térmica e menores perdas.

60 Motor Premium

O que Fazer Quando o Motor Danificar?

A queima do motor provoca uma tomada de de-cisão: ou se compra um motor novo ou providen-cia-se o seu reparo. Esta decisão deve ser influen-ciada por:

y Custos de reparo e de aquisição de um motor novo;

y Custos operacionais do motor reparado e do motor novo;

y Idade do motor; y Características elétricas ou mecânicas espe-

ciais; y Necessidade de ter o motor de volta em opera-

ção imediatamente.

O reparo do motor, geralmente, apresenta um menor custo inicial em relação ao custo da aqui-sição do motor novo. Entretanto, o motor reparado pode apresentar um rendimento menor devido ao processo utilizado durante o reparo e/ou por origi-nalmente já possuir baixo rendimento. Em geral, isto se deve ao fato de que no reparo do motor, as suas características elétricas e/ou magnéticas e/ou mecânicas de projeto podem ser alteradas, aumen-tando-se suas correspondentes perdas.

Uma das principais causas do aumento destas perdas é o processo utilizado para remoção das bo-binas do estator. A prática normalmente utilizada é

61 Motor Premium

de aquecer o núcleo numa estufa para facilitar a re-moção do enrolamento. No entanto, se o núcleo do estator é aquecido demasiadamente, ele perde as suas propriedades através da ruptura da isolação entre as lâminas do pacote magnético, provocan-do aumento das perdas do núcleo. Outras práticas de remoção do enrolamento conhecidas são o uso de maçarico e o uso de combustíveis. Estas práticas são extremamente danosas e devem ser evitadas.

É fundamental que as perdas dos motores não se-jam aumentadas durante o processo de reparo, pois isto aumentará o desperdício de energia elétrica.

Como apresentado, os motores elétricos são os maiores usos finais de energia elétrica no Brasil, tendo grande destaque em setores expressivos, como o industrial e comercial. Assim, podemos concluir que rebobinar ou não motores queimados deve ser uma decisão baseada não só na compara-ção de preços entre a compra de um motor novo ou do seu reparo, mas também no custo operacional do motor ao longo dos anos, que levará em consi-deração as horas de operação no ano, o preço da energia elétrica, a potência do motor elétrico e seu rendimento.

Se o reparo for a opção a ser adotada, é impor-tante procurar uma empresa especializada envol-vida com a questão do rendimento do motor.

63 MOTOR Premium

1. Empresa de Pesquisa Energética. Resenha Mensal do Mercado de Energia Elétrica. Rio de Janeiro, 2016. Disponível em: http://www.epe.gov.br. Acesso em: abril de 2016

2. Ministério de Minas e Energia. Balanço de Energia Útil - BEU. Rio de Janeiro, 2005. Disponível em: http://www.mme.gov.br. Acesso em: abril de 2016.

3. Filippo Filho, G. Motor de Indução. 2. ed. São Paulo: Érica, 2013.

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Bibliografia

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http://www.mme.gov.br

http://www.abraman.org.br

http://www.weg.net/

64

Curvas Rendimento x Carregamento para Motor Elétrico Analisado

Na Figura A, são apresentadas as curvas ren-dimento x carregamento para o motor elétrico de Indução Trifásico Rotor Gaiola de Esquilo, 50 cv, 220 V, 4 polos, analisado no exemplo apresentado na Parte 1 deste guia técnico. Estas curvas foram obtidas por meio de interpolação dos rendimentos para carregamento de 50%, 75% e 100%, obtidos em catálogo (referência 11).

Cabe destacar que, devido à ausência de valores de rendimento entre os carregamentos compre-endidos no intervalo de 0% a 50%, os valores en-contrados pela interpolação das curvas IR2 (alto rendimento) e IR3 (premium) foram praticamente os mesmos. Porém, considerando-se as caracterís-ticas do motor premium, que o torna mais eficien-te, apresentadas na Parte 1 deste guia, espera-se que os rendimentos permaneçam superiores aos do motor de alto rendimento em todos os carrega-mentos, como ocorreu para os pontos a 50% e 75% do carregamento.

Anexo A

MOTOR Premium

65 MOTOR Premium

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,

0

0%20

%40

%60

%80

%10

0%

Rendimento (%)

Car

rega

men

to

IR3

IR2

9393

,293

,6

94,0

94,5

94,6

0,0

Figu

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otor

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o A

nalis

ado

Imagem de fundo da capa e introdução: cherezoff / 123RF Banco de Imagens Texto composto na Família Foco e The Serif Office. Miolo impresso em couchê brilho 150 g/m²

e capa em Duo designer 250 g/m², com laminação alto brilho na frente e laminação fosca no verso.

Centrais Elétricas Brasileiras S.A. - Eletrobras

Presidência José da Costa Carvalho Neto

Superintendência de Eficiência Energética Renata Leite Falcão

Assessoria Corporativa e de Novos Negócios em Eficiência Energética

George Alves Soares

Assessoria de Comunicação e relacionamento com a imprensa

Renata Petrocelli Bezerra Paes

departamento de Projetos de Eficiência Energética Marcel da Costa Siqueira

Divisão de Eficiência Energética no Setor Privado Marco Aurélio Ribeiro Gonçalves Moreira

Autor Carlos Aparecido Ferreira

Suporte técnico: Bráulio Romano MottaClareana Rangel de OliveiraElizabeth Fiori MerçonGabriel Pereira RabhaLeonardo Nunes Alves da SilvaSamuel Moreira Duarte Santos

Autores / versão de 1998 Reinaldo ShindoGeorge Alves SoaresRonaldo de Paula Tabosa

Procobre BrasilEnergia Sustentável

na América latinaGlycon Garcia Junior

Carlos Simões de Campos

www.aboborax.com.br

Projeto gráfico e editoração eletrônica

http://www.aboborax.com.br

Documents

Carlos Aparecido Ferreira - Leonardo Energy...E393 Eletrobras Motor Elétrico Premium / Carlos Aparecido Ferreira (Coordenador). – Rio de Janeiro: Eletrobras, 2016. 64 p. : il. ;